الیاف آنتی استاتیک
الیاف آنتی استاتیک نوعی الیاف شیمیایی هستند که به راحتی بارهای ساکن را جمع نمیکنند. در شرایط استاندارد، الیاف آنتی استاتیک باید مقاومت حجمی کمتر از 10¹⁰Ω·cm یا نیمه عمر اتلاف بار ساکن کمتر از 60 ثانیه داشته باشند.
۱- عملکرد الیاف آنتی استاتیک
۱.۱ علل و خطرات مشکلات الکتریسیته ساکن در مواد نساجی
مواد نساجی عمدتاً عایقهای الکتریکی با مقاومت ویژه نسبتاً بالا هستند، به خصوص الیاف مصنوعی با جذب رطوبت کم مانند الیاف پلیاستر، اکریلیک و پلیوینیل کلراید. در طول فرآوری نساجی، تماس نزدیک و اصطکاک بین الیاف با الیاف یا الیاف با قطعات ماشینآلات باعث انتقال بار روی سطح اجسام میشود و در نتیجه الکتریسیته ساکن تولید میکند.
الکتریسیته ساکن میتواند اثرات نامطلوب زیادی داشته باشد. به عنوان مثال، الیاف با بار یکسان یکدیگر را دفع میکنند و الیاف با بارهای متفاوت به قطعات ماشینآلات جذب میشوند که باعث پرز دادن به الیاف، افزایش پرز نخ، شکلدهی ضعیف بستهبندی، چسبیدن الیاف به قطعات ماشینآلات، افزایش پارگی نخ و ایجاد رگههای پراکنده روی سطح پارچه میشود. پس از شارژ شدن لباس، به راحتی گرد و غبار جذب شده و کثیف میشود و ممکن است بین لباس و بدن انسان یا بین لباس و لباس گیر بیفتد و حتی جرقههای الکتریکی ایجاد شود. در موارد شدید، ولتاژ استاتیک میتواند به چندین هزار ولت برسد و جرقههای ایجاد شده توسط تخلیه الکتریکی ممکن است باعث آتشسوزی با عواقب جدی شود.
۱.۲ روشهایی برای حل تداخل استاتیک پارچههای الیاف مصنوعی
روشهای مختلفی برای ایجاد خواص آنتیاستاتیک بادوام در الیاف مصنوعی و پارچههای آنها وجود دارد. به عنوان مثال، میتوان پلیمرهای آبدوست یا پلیمرهای رسانا با وزن مولکولی کم را در طول پلیمریزاسیون یا ریسندگی الیاف مصنوعی اضافه کرد؛ میتوان از فناوری ریسندگی کامپوزیت برای تولید الیاف کامپوزیت با لایه بیرونی آبدوست استفاده کرد. در فرآیند ریسندگی، الیاف مصنوعی را میتوان با الیافی با خاصیت رطوبتپذیری قوی مخلوط کرد، یا الیاف با بار مثبت و الیاف با بار منفی را میتوان طبق توالی پتانسیل با هم مخلوط کرد. همچنین میتوان از تکمیل کمکی آبدوست بادوام برای پارچهها استفاده کرد.
۲ نوع الیاف آنتی استاتیک
۲.۱ الیاف افزوده شده با سورفکتانت
برای تهیه الیافی با اثرات آنتی استاتیک نسبتاً پایدار، اغلب سورفکتانتها به مادهی ریسندگی برای ریسندگی ترکیبی اضافه میشوند. پس از تشکیل الیاف، سورفکتانتها به دلیل ویژگیهای خاص خود، به طور مداوم از داخل الیاف به سطح نفوذ کرده و پخش میشوند تا اثر آنتی استاتیک حاصل شود. همچنین روشهایی مانند تثبیت سورفکتانتها روی سطح الیاف از طریق چسب یا اتصال عرضی آنها به صورت لایههای نازک روی سطح الیاف وجود دارد و این اثر مشابه مالیدن لاک آنتی استاتیک روی سطح پلاستیک است.
اثر آنتیاستاتیک چنین الیافی ارتباط نزدیکی با رطوبت محیط دارد. وقتی رطوبت بالا باشد، رطوبت میتواند رسانایی یونی سورفکتانت را افزایش دهد و عملکرد آنتیاستاتیک به طور قابل توجهی بهبود مییابد؛ در محیطهای خشک، این اثر تضعیف میشود.
۲.۲ الیاف آنتی استاتیک ترکیبی، کوپلیمریزاسیون و اصلاح پیوندی
هسته اصلی این نوع الیاف آنتی استاتیک، اصلاح پلیمر تشکیل دهنده الیاف و افزایش رطوبت پذیری الیاف با افزودن مونومرها یا پلیمرهای آبدوست است که در نتیجه به آن خواص آنتی استاتیک میدهد. علاوه بر این، سولفات مس را میتوان با ماده ریسندگی اکریلیک مخلوط کرد و پس از ریسندگی و انعقاد، آن را با یک عامل کاهنده حاوی گوگرد تیمار کرد که میتواند راندمان تولید و دوام رسانایی الیاف رسانا را بهبود بخشد. علاوه بر ریسندگی ترکیبی معمولی، روش افزودن پلیمرهای آبدوست در طول پلیمریزاسیون برای تشکیل یک سیستم پراکندگی میکرو-چند فازی به تدریج ظهور کرده است، مانند افزودن پلی اتیلن گلیکول به مخلوط واکنش کاپرولاکتام برای افزایش دوام خواص آنتی استاتیک.
۲.۳ الیاف رسانای فلزی
الیاف رسانای فلزی معمولاً از مواد فلزی و از طریق فرآیندهای خاص تشکیل الیاف ساخته میشوند. فلزات رایج شامل فولاد ضد زنگ، مس، آلومینیوم، نیکل و غیره هستند. چنین الیافی رسانایی الکتریکی عالی دارند، میتوانند به سرعت بارها را هدایت کنند و به طور مؤثر الکتریسیته ساکن را از بین ببرند. در عین حال، آنها همچنین مقاومت حرارتی و مقاومت در برابر خوردگی شیمیایی خوبی دارند. با این حال، هنگام استفاده در منسوجات، محدودیتهایی وجود دارد. به عنوان مثال، الیاف فلزی انسجام کمی دارند و نیروی پیوند بین الیاف در حین ریسندگی ناکافی است که احتمالاً باعث ایجاد مشکلات کیفیت نخ میشود. رنگ محصولات نهایی توسط رنگ خود فلز محدود میشود و نسبتاً تک رنگ است. در کاربردهای عملی، آنها اغلب با الیاف معمولی مخلوط میشوند و از مزیت رسانایی الیاف فلزی برای دادن خواص ضد الکتریسیته ساکن به محصولات مخلوط استفاده میکنند و از الیاف معمولی برای بهبود عملکرد ریسندگی و کاهش هزینهها استفاده میکنند.
۲.۴ الیاف رسانای کربنی
روشهای آمادهسازی الیاف رسانای کربن عمدتاً شامل دوپینگ، پوششدهی، کربنیزاسیون و غیره است. دوپینگ به معنای مخلوط کردن ناخالصیهای رسانا با ماده تشکیلدهنده الیاف برای تغییر ساختار الکترونیکی ماده و در نتیجه ایجاد رسانایی در الیاف است. پوششدهی به معنای تشکیل یک لایه رسانا با پوشاندن یک لایه از مواد کربنی با رسانایی خوب مانند کربن سیاه بر روی سطح الیاف است. کربنیزاسیون عموماً از الیاف ویسکوز، اکریلیک، قیر و غیره به عنوان الیاف پیشساز استفاده میکند و آنها را از طریق کربنیزاسیون در دمای بالا به الیاف کربن رسانا تبدیل میکند. الیاف رسانای کربن تهیه شده با این روشها رسانایی خاصی را به دست میآورند و در عین حال بخشی از خواص مکانیکی اولیه الیاف را حفظ میکنند. اگرچه الیاف کربن تحت عملیات کربنیزاسیون رسانایی، مقاومت حرارتی و مقاومت شیمیایی خوبی دارند، اما مدول بالا، بافت سخت، عدم چقرمگی، عدم مقاومت در برابر خم شدن و عدم قابلیت انقباض حرارتی دارند، بنابراین کاربرد آنها در برخی موارد که الیاف نیاز به انعطافپذیری و تغییر شکلپذیری خوبی دارند، ضعیف است.
۲.۵ الیاف رسانای آلی ساخته شده از پلیمرهای رسانا
الیاف رسانای آلی ساخته شده از پلیمرهای رسانا، ساختار مزدوج خاصی دارند و الکترونها میتوانند نسبتاً آزادانه روی زنجیره مولکولی حرکت کنند، بنابراین رسانایی دارند. با توجه به خواص رسانایی منحصر به فرد و ویژگیهای مواد آلی، چنین الیافی دارای ارزش کاربردی بالقوه در برخی از زمینههای پیشرفته با الزامات عملکرد مواد خاص و حساسیت کم هزینه، مانند دستگاههای الکترونیکی خاص و زمینههای هوافضا هستند.
۲.۶ الیاف رسانای آلی ساخته شده با پوشش مواد رسانا روی الیاف مصنوعی معمولی
این نوع الیاف با پوشش دادن مواد رسانا مانند کربن سیاه و فلز روی سطح الیاف مصنوعی معمولی از طریق فرآیندهای تکمیل سطح، عملکرد آنتی استاتیک را محقق میکنند. فرآیند پوشش دادن فلز نسبتاً پیچیده و پرهزینه است و ممکن است تأثیر خاصی بر خواص سایشی مانند حس زیردست الیاف داشته باشد.
۲.۷ الیاف رسانای آلی ساخته شده با روش ریسندگی کامپوزیت
روش ریسندگی کامپوزیت، تشکیل یک فیبر واحد با دو یا چند جزء مختلف از طریق یک مجموعه ریسندگی کامپوزیت ویژه در همان فرآیند ریسندگی با استفاده از دو یا چند پلیمر با ترکیبات یا خواص مختلف است. هنگام تهیه الیاف آنتی استاتیک، معمولاً از پلیمرهای دارای رسانایی یا پلیمرهای اضافه شده با مواد رسانا به عنوان یک جزء استفاده میشود و با پلیمرهای معمولی تشکیل دهنده الیاف ترکیب میشود. در مقایسه با سایر روشهای تهیه الیاف آنتی استاتیک، الیاف تهیه شده با روش ریسندگی کامپوزیت دارای خواص آنتی استاتیک پایدارتر و تأثیر منفی کمتری بر خواص اصلی الیاف هستند.
۳ کاربرد الیاف آنتی استاتیک
در زندگی روزمره، وقتی هوا در زمستان خیلی خشک است، احتمال ایجاد الکتریسیته ساکن بین پوست انسان و لباس وجود دارد و ولتاژ استاتیک لحظهای میتواند در موارد شدید به دهها هزار ولت برسد و باعث ناراحتی بدن انسان شود. به عنوان مثال، راه رفتن روی فرش میتواند ۱۵۰۰ تا ۳۵۰۰۰ ولت الکتریسیته ساکن تولید کند، راه رفتن روی کفپوشهای رزین وینیل میتواند ۲۵۰ تا ۱۲۰۰۰ ولت الکتریسیته ساکن تولید کند و مالیدن خود به صندلی در داخل خانه میتواند بیش از ۱۸۰۰ ولت الکتریسیته ساکن ایجاد کند. سطح الکتریسیته ساکن عمدتاً به رطوبت هوای اطراف بستگی دارد. معمولاً وقتی تداخل استاتیک از ۷۰۰۰ ولت فراتر رود، افراد دچار شوک الکتریکی میشوند.
الکتریسیته ساکن برای بدن انسان مضر است. الکتریسیته ساکن مداوم میتواند قلیایی بودن خون را افزایش دهد، میزان کلسیم سرم را کاهش دهد و دفع کلسیم را در ادرار افزایش دهد. این امر تأثیر بیشتری بر کودکان در حال رشد، سالمندان با سطح کلسیم خون بسیار پایین و زنان باردار و مادران شیرده که به کلسیم زیادی نیاز دارند، دارد. تجمع بیش از حد الکتریسیته ساکن در بدن انسان باعث هدایت جریان غیرطبیعی غشاهای سلولهای عصبی مغز، تأثیر بر سیستم عصبی مرکزی، تغییر در pH خون و ویژگیهای اکسیژن بدن، تأثیر بر تعادل فیزیولوژیکی بدن و ایجاد علائمی مانند سرگیجه، سردرد، تحریکپذیری، بیخوابی، از دست دادن اشتها و خلسه روانی میشود. الکتریسیته ساکن همچنین میتواند در گردش خون، سیستمهای ایمنی و عصبی انسان اختلال ایجاد کند، بر عملکرد طبیعی اندامهای مختلف (به ویژه قلب) تأثیر بگذارد و ممکن است باعث ضربان قلب غیرطبیعی و ضربان قلب زودرس شود. در زمستان، حدود یک سوم بیماریهای قلبی عروقی مربوط به الکتریسیته ساکن است. علاوه بر این، در مناطق قابل اشتعال و انفجار، الکتریسیته ساکن روی بدن انسان ممکن است باعث آتشسوزی شود.
زمان ارسال: 9 دسامبر 2025
